Festkörperphysik

1 - Vorwort [Seite 11]
2 - 1 Vorbemerkungen [Seite 15]
3 - 2 Bindung im Festkörper [Seite 19]
3.1 - 2.1 Bindungstypen [Seite 20]
3.1.1 - 2.1.1 Bindungsenergie [Seite 22]
3.1.2 - 2.1.2 Abstoßung [Seite 23]
3.2 - 2.2 Van-der-Waals-Bindung [Seite 24]
3.2.1 - 2.2.1 Van-der-Waals-Kräfte [Seite 24]
3.2.2 - 2.2.2 Lennard-Jones-Potential [Seite 25]
3.2.3 - 2.2.3 Bindungsenergie von Edelgaskristallen [Seite 26]
3.3 - 2.3 Ionenbindung [Seite 28]
3.3.1 - 2.3.1 Abschätzung und Messung der Bindungsenergie [Seite 28]
3.3.2 - 2.3.2 Bindungsenergie von Ionenkristallen [Seite 30]
3.4 - 2.4 Kovalente Bindung [Seite 32]
3.5 - 2.5 Metallische Bindung [Seite 40]
3.6 - 2.6 Wasserstoffbrückenbindung [Seite 44]
3.7 - 2.7 Aufgaben [Seite 45]
4 - 3 Struktur der Festkörper [Seite 47]
4.1 - 3.1 Herstellung von Kristallen und amorphen Festkörpern [Seite 48]
4.1.1 - 3.1.1 Einkristallherstellung [Seite 48]
4.1.2 - 3.1.2 Legierungen [Seite 50]
4.1.3 - 3.1.3 Glasherstellung [Seite 57]
4.2 - 3.2 Ordnung und Unordnung [Seite 59]
4.3 - 3.3 Struktur der Kristalle [Seite 62]
4.3.1 - 3.3.1 Translationsgitter und Kristallsysteme [Seite 62]
4.3.2 - 3.3.2 Cluster und Quasikristalle [Seite 68]
4.3.3 - 3.3.3 Notation und Einfluss der Basis [Seite 72]
4.3.4 - 3.3.4 Einfache Kristallgitter [Seite 75]
4.3.5 - 3.3.5 Wigner-Seitz-Zelle [Seite 80]
4.3.6 - 3.3.6 Festkörperoberflächen [Seite 81]
4.3.7 - 3.3.7 Kohlenstoff-Nanoröhren [Seite 83]
4.4 - 3.4 Struktur amorpher Festkörper [Seite 84]
4.4.1 - 3.4.1 Paarverteilungsfunktion [Seite 85]
4.5 - 3.5 Aufgaben [Seite 88]
5 - 4 Strukturbestimmung [Seite 91]
5.1 - 4.1 Allgemeine Bemerkungen zur Strukturbestimmung [Seite 92]
5.2 - 4.2 Elementare Streutheorie [Seite 95]
5.2.1 - 4.2.1 Streuamplitude [Seite 95]
5.3 - 4.3 Fourier-Entwicklung von Punktgittern [Seite 97]
5.3.1 - 4.3.1 Reziprokes Gitter [Seite 98]
5.3.2 - 4.3.2 Brillouin-Zone [Seite 100]
5.3.3 - 4.3.3 Millersche Indizes [Seite 103]
5.4 - 4.4 Streuung an Kristallen [Seite 106]
5.4.1 - 4.4.1 Ewald-Kugel und Bragg-Bedingung [Seite 108]
5.4.2 - 4.4.2 Strukturfaktor [Seite 110]
5.4.3 - 4.4.3 Atom-Strukturfaktor [Seite 114]
5.4.4 - 4.4.4 Streuung an Oberflächen oder dünnen Schichten [Seite 117]
5.4.5 - 4.4.5 Phasenproblem bei Streuexperimenten [Seite 118]
5.4.6 - 4.4.6 Debye-Waller-Faktor [Seite 120]
5.5 - 4.5 Streuung an amorphen Substanzen [Seite 121]
5.6 - 4.6 Experimentelle Methoden [Seite 127]
5.6.1 - 4.6.1 Messverfahren [Seite 129]
5.6.2 - 4.6.2 Messungen an Oberflächen und dünnen Filmen [Seite 133]
5.7 - 4.7 Aufgaben [Seite 136]
6 - 5 Strukturelle Defekte [Seite 139]
6.1 - 5.1 Punktdefekte [Seite 140]
6.1.1 - 5.1.1 Leerstellen [Seite 141]
6.1.2 - 5.1.2 Farbzentren [Seite 145]
6.1.3 - 5.1.3 Zwischengitteratome [Seite 148]
6.1.4 - 5.1.4 Fremdatome [Seite 149]
6.1.5 - 5.1.5 Atomarer Transport [Seite 150]
6.2 - 5.2 Ausgedehnte Defekte [Seite 156]
6.2.1 - 5.2.1 Mechanische Festigkeit [Seite 156]
6.2.2 - 5.2.2 Versetzungen [Seite 159]
6.2.3 - 5.2.3 Korngrenzen [Seite 167]
6.3 - 5.3 Defekte in amorphen Materialien [Seite 169]
6.4 - 5.4 Ordnungs-Unordnungs-Übergang [Seite 172]
6.5 - 5.5 Aufgaben [Seite 175]
7 - 6 Gitterdynamik [Seite 177]
7.1 - 6.1 Elastische Eigenschaften [Seite 178]
7.1.1 - 6.1.1 Mechanische Spannung und Verformung [Seite 178]
7.1.2 - 6.1.2 Elastische Konstanten [Seite 181]
7.1.3 - 6.1.3 Schallwellen [Seite 182]
7.2 - 6.2 Gitterschwingungen [Seite 188]
7.2.1 - 6.2.1 Gitter mit einatomiger Basis [Seite 189]
7.2.2 - 6.2.2 Gitter mit mehratomiger Basis [Seite 194]
7.2.3 - 6.2.3 Bewegungsgleichung der Gitteratome [Seite 199]
7.3 - 6.3 Experimentelle Bestimmung von Dispersionskurven [Seite 202]
7.3.1 - 6.3.1 Dynamische Streuung, Quantisierung der Gitterschwingungen [Seite 202]
7.3.2 - 6.3.2 Kohärente inelastische Neutronenstreuung [Seite 206]
7.3.3 - 6.3.3 Debye-Waller-Faktor [Seite 209]
7.3.4 - 6.3.4 Experimentell ermittelte Dispersionskurven [Seite 209]
7.3.5 - 6.3.5 Lichtstreuung [Seite 213]
7.4 - 6.4 Spezifische Wärmekapazität [Seite 218]
7.4.1 - 6.4.1 Zustandsdichte der Phononen [Seite 219]
7.4.2 - 6.4.2 Spezifische Wärme in der Debye-Näherung [Seite 225]
7.4.3 - 6.4.3 Spezifische Wärme niederdimensionaler Systeme [Seite 230]
7.4.4 - 6.4.4 Nullpunktsenergie, Zahl der angeregten Phononen [Seite 231]
7.5 - 6.5 Schwingungen in amorphen Festkörpern [Seite 233]
7.5.1 - 6.5.1 Wärmekapazität von Gläsern bei sehr tiefen Temperaturen [Seite 235]
7.6 - 6.6 Aufgaben [Seite 240]
8 - 7 Anharmonische Gittereigenschaften [Seite 243]
8.1 - 7.1 Zustandsgleichung und thermische Ausdehnung [Seite 244]
8.2 - 7.2 Phonon-Phonon-Wechselwirkung [Seite 250]
8.2.1 - 7.2.1 Drei-Phononen-Prozess [Seite 250]
8.2.2 - 7.2.2 Ultraschalldämpfung in Kristallen [Seite 251]
8.2.3 - 7.2.3 Spontaner Phononenzerfall [Seite 256]
8.2.4 - 7.2.4 Ultraschalldämpfung in amorphen Festkörpern [Seite 257]
8.3 - 7.3 Wärmetransport in dielektrischen Kristallen [Seite 260]
8.3.1 - 7.3.1 Ballistische Ausbreitung von Phononen [Seite 261]
8.3.2 - 7.3.2 Wärmeleitung [Seite 262]
8.3.3 - 7.3.3 Phonon-Phonon-Stöße [Seite 264]
8.3.4 - 7.3.4 Streuung an Defekten [Seite 267]
8.3.5 - 7.3.5 Wärmetransport in eindimensionalen Proben [Seite 269]
8.4 - 7.4 Wärmeleitfähigkeit amorpher Festkörper [Seite 272]
8.5 - 7.5 Aufgaben [Seite 275]
9 - 8 Elektronen im Festkörper [Seite 277]
9.1 - 8.1 Freies Elektronengas [Seite 278]
9.1.1 - 8.1.1 Zustandsdichte [Seite 280]
9.1.2 - 8.1.2 Fermi-Energie, Fermi-Kugel [Seite 285]
9.2 - 8.2 Spezifische Wärme [Seite 289]
9.3 - 8.3 Kollektive Phänomene im Elektronengas [Seite 293]
9.3.1 - 8.3.1 Abgeschirmtes Coulomb-Potential [Seite 293]
9.3.2 - 8.3.2 Metall-Isolator-Übergang [Seite 295]
9.4 - 8.4 Elektronen im periodischen Potential [Seite 297]
9.4.1 - 8.4.1 Bloch-Funktion [Seite 298]
9.4.2 - 8.4.2 Näherung für quasi-freie Elektronen [Seite 302]
9.4.3 - 8.4.3 "Stark gebundene" Elektronen [Seite 309]
9.5 - 8.5 Energiebänder [Seite 316]
9.5.1 - 8.5.1 Metalle und Isolatoren [Seite 316]
9.5.2 - 8.5.2 Brillouin-Zonen und Fermi-Flächen [Seite 318]
9.5.3 - 8.5.3 Zustandsdichte [Seite 322]
9.5.4 - 8.5.4 "Zweidimensionale" hexagonale Festkörper: Graphen und Nanoröhren [Seite 325]
9.6 - 8.6 Aufgaben [Seite 330]
10 - 9 Elektronische Transporteigenschaften [Seite 333]
10.1 - 9.1 Bewegungsgleichung und effektive Masse [Seite 334]
10.1.1 - 9.1.1 Elektronen als Wellenpakete [Seite 334]
10.1.2 - 9.1.2 Ladungstransport in Bändern [Seite 339]
10.1.3 - 9.1.3 Elektronen und Löcher [Seite 342]
10.2 - 9.2 Ladungstransport [Seite 344]
10.2.1 - 9.2.1 Drude-Modell [Seite 344]
10.2.2 - 9.2.2 Sommerfeldsche Theorie [Seite 345]
10.2.3 - 9.2.3 Boltzmann-Gleichung [Seite 346]
10.2.4 - 9.2.4 Elektrischer Ladungstransport [Seite 348]
10.2.5 - 9.2.5 Elektronstreuung [Seite 351]
10.2.6 - 9.2.6 Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit [Seite 355]
10.2.7 - 9.2.7 Eindimensionale Leiter [Seite 359]
10.2.8 - 9.2.8 Quantenpunkte [Seite 362]
10.2.9 - 9.2.9 Luttinger-Flüssigkeit [Seite 366]
10.2.10 - 9.2.10 Thermische Leitfähigkeit [Seite 369]
10.2.11 - 9.2.11 Wiedemann-Franz-Gesetz [Seite 371]
10.2.12 - 9.2.12 Fermi-Funktion im stationären Gleichgewicht [Seite 372]
10.3 - 9.3 Elektronen im Magnetfeld [Seite 374]
10.3.1 - 9.3.1 Zyklotronresonanz [Seite 374]
10.3.2 - 9.3.2 Landau-Niveaus [Seite 379]
10.3.3 - 9.3.3 Zustandsdichte im Magnetfeld [Seite 384]
10.3.4 - 9.3.4 De-Haas-van-Alphén-Effekt [Seite 387]
10.3.5 - 9.3.5 Hall-Effekt [Seite 389]
10.3.6 - 9.3.6 Quanten-Hall-Effekt [Seite 392]
10.3.7 - 9.3.7 Quanten-Hall-Effekt in Graphen [Seite 399]
10.4 - 9.4 Aufgaben [Seite 400]
11 - 10 Halbleiter [Seite 403]
11.1 - 10.1 Intrinsische kristalline Halbleiter [Seite 404]
11.1.1 - 10.1.1 Bandlücke und optische Absorption [Seite 404]
11.1.2 - 10.1.2 Effektive Masse von Elektronen und Löchern [Seite 408]
11.1.3 - 10.1.3 Ladungsträgerdichte [Seite 411]
11.2 - 10.2 Dotierte kristalline Halbleiter [Seite 416]
11.2.1 - 10.2.1 Dotierung [Seite 416]
11.2.2 - 10.2.2 Ladungsträgerdichte und Fermi-Niveau [Seite 420]
11.2.3 - 10.2.3 Beweglichkeit und elektrische Leitfähigkeit [Seite 427]
11.3 - 10.3 Amorphe Halbleiter [Seite 430]
11.3.1 - 10.3.1 Elektrische Leitfähigkeit [Seite 432]
11.3.2 - 10.3.2 Defektzustände [Seite 435]
11.4 - 10.4 Inhomogene Halbleiter [Seite 440]
11.4.1 - 10.4.1 p-n-Übergang [Seite 440]
11.4.2 - 10.4.2 Metall/Halbleiter-Kontakt [Seite 449]
11.4.3 - 10.4.3 Halbleiter-Heterostrukturen und Übergitter [Seite 451]
11.5 - 10.5 Bauelemente [Seite 456]
11.5.1 - 10.5.1 Bauelemente basierend auf dem p-n-Übergang [Seite 456]
11.5.2 - 10.5.2 Transistoren [Seite 459]
11.5.3 - 10.5.3 Halbleiterlaser [Seite 463]
11.6 - 10.6 Aufgaben [Seite 465]
12 - 11 Supraleitung [Seite 467]
12.1 - 11.1 Phänomenologische Beschreibung [Seite 468]
12.1.1 - 11.1.1 Meißner-Effekt und London-Gleichungen [Seite 470]
12.1.2 - 11.1.2 Kritisches Magnetfeld und thermodynamische Eigenschaften [Seite 476]
12.2 - 11.2 Mikroskopische Beschreibung [Seite 480]
12.2.1 - 11.2.1 Cooper-Paare [Seite 480]
12.2.2 - 11.2.2 BCS-Grundzustand [Seite 486]
12.2.3 - 11.2.3 BCS-Zustand bei endlicher Temperatur [Seite 491]
12.2.4 - 11.2.4 Nachweis der Energielücke [Seite 492]
12.2.5 - 11.2.5 Kritischer Strom und kritisches Magnetfeld [Seite 497]
12.3 - 11.3 Makroskopische Wellenfunktion [Seite 500]
12.3.1 - 11.3.1 Flussquantisierung [Seite 501]
12.3.2 - 11.3.2 Josephson-Effekt [Seite 503]
12.4 - 11.4 Ginzburg-Landau-Theorie und Supraleiter 2.Art [Seite 509]
12.4.1 - 11.4.1 Ginzburg-Landau-Theorie [Seite 509]
12.4.2 - 11.4.2 Supraleiter 2.Art und Grenzflächenenergie [Seite 512]
12.4.3 - 11.4.3 Hochtemperatur-Supraleiter [Seite 517]
12.5 - 11.5 Aufgaben [Seite 523]
13 - 12 Magnetismus [Seite 525]
13.1 - 12.1 Dia- und Paramagnetismus [Seite 527]
13.1.1 - 12.1.1 Diamagnetismus [Seite 527]
13.1.2 - 12.1.2 Paramagnetismus [Seite 528]
13.2 - 12.2 Ferromagnetismus [Seite 537]
13.2.1 - 12.2.1 Molekularfeldnäherung [Seite 538]
13.2.2 - 12.2.2 Austauschwechselwirkung zwischen lokalisierten Elektronen [Seite 541]
13.2.3 - 12.2.3 Austauschwechselwirkung im freien Elektronengas [Seite 545]
13.2.4 - 12.2.4 Band-Ferromagnetismus [Seite 546]
13.2.5 - 12.2.5 Spinwellen [Seite 550]
13.2.6 - 12.2.6 Thermodynamik der Magnonen [Seite 552]
13.2.7 - 12.2.7 Ferromagnetische Domänen [Seite 554]
13.3 - 12.3 Ferri- und Antiferromagnetismus [Seite 555]
13.3.1 - 12.3.1 Ferrimagnetismus [Seite 555]
13.3.2 - 12.3.2 Antiferromagnetismus [Seite 556]
13.3.3 - 12.3.3 Riesen-Magnetowiderstand [Seite 559]
13.4 - 12.4 Spingläser [Seite 563]
13.5 - 12.5 Aufgaben [Seite 567]
14 - 13 Dielektrische und optische Eigenschaften [Seite 569]
14.1 - 13.1 Dielektrische Funktion, optische Messungen [Seite 570]
14.2 - 13.2 Lokales Feld, Clausius-Mossotti-Beziehung [Seite 573]
14.3 - 13.3 Elektrische Polarisation von Isolatoren [Seite 577]
14.3.1 - 13.3.1 Elektronische Polarisierbarkeit [Seite 578]
14.3.2 - 13.3.2 Ionenpolarisation [Seite 581]
14.3.3 - 13.3.3 Optische Phononen in Ionenkristallen [Seite 582]
14.3.4 - 13.3.4 Erzwungene Schwingungen in Ionenkristallen [Seite 585]
14.3.5 - 13.3.5 Phonon-Polaritonen [Seite 587]
14.3.6 - 13.3.6 Orientierungspolarisation [Seite 591]
14.3.7 - 13.3.7 Ferroelektrizität [Seite 600]
14.3.8 - 13.3.8 Exzitonen [Seite 605]
14.4 - 13.4 Optische Eigenschaften freier Ladungsträger [Seite 608]
14.4.1 - 13.4.1 Ausbreitung elektromagnetischerWellen in Metallen [Seite 609]
14.4.2 - 13.4.2 Longitudinale Schwingungen des Elektronengases: Plasmonen [Seite 613]
14.5 - 13.5 Aufgaben [Seite 617]
15 - Index [Seite 619]